DE3311131C2 - - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer auf den Sauerstoffanteil eines Gasgemisches empfindlichen, in der Ansaugluft- bzw. Ab­ gasleitung einer Brennkraftmaschine angebrachten Sauer­ stoffsonde. Derartige Einrichtungen sind beispielsweise aus der DE-OS 30 24 607 bekannt, bei der zur Erfassung des die Sondenbetriebsbereitschaft beein­ flussenden Sondeninnenwiderstandes eine Bezugsspannung unter Zwischenschaltung eines Widerstandes der Sonden­ spannung entgegengeschaltet wird. Die resultierende Spannung wird mittels zweier Vergleichseinrichtungen, die verschiedene Schwellwerte aufweisen, überprüft und die Ausgangsgröße dieser Schwellwertschalter einer lo­ gischen Verknüpfungsschaltung zugeführt. Der Ausgang dieser Verknüpfungsschaltung ist über ein Zeitglied an eine Auswerteschaltung angeschlossen, deren Ausgangsgröße auf ein Steuergerät einwirkt und zusätzlich eine Warneinrichtung steuern kann.

Dieser Einrichtung liegt das Prinzip zugrunde, über eine Bestimmung des temperaturabhängigen Sondeninnenwider­ standes eine Aussage über die Funktionsfähigkeit der Sauerstoffsonde zu treffen. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen, die einen sehr hohen Innenwiderstand der Sauerstoffsonde zur Folge haben, ist die Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde nicht dazu geeignet, als Istwert­ geber dem Steuergerät präzise Meßgrößen zu liefern. Erst nach dem Erreichen einer bestimmten Temperatur ist der Innenwiderstand der Sauerstoffsonde soweit herabgesunken, daß eine Funktionsfähigkeit der Anord­ nung gewährleistet ist. Weiterhin tritt das Problem auf, daß die Schwellen der Schwellwertschalter auf der­ artige Werte eingestellt sind, die sich auf die Aus­ gangsgrößen einer voll intakten Sauerstoffsonde be­ ziehen. Im Verlauf der Betriebszeit der Sauerstoff­ sonde können jedoch Alterserscheinungen oder sogar Vergiftungserscheinungen der Sondenkeramik die Ausgangs­ größe der Sauerstoffsonde beträchtlich modifizieren, so daß die bekannte Einrichtung unter diesen Umständen durchaus eine fehlerhafte Funktionsweise aufweisen kann.

Des weiteren sind Sauerstoffsondentestgeräte als feste Einrichtung in Abgasmeßlabors bekannt. Dabei wird bei­ spielsweise durch Gasbrenner ein definierter Sauer­ stoffanteil des verbrannten Luftgasgemisches eingestellt, eine ständige Analyse des Gasgemisches durchgeführt und die Sauerstoffsonde in dieses Gasgemisch eingebracht. Bei diesem Verfahren sind jedoch sehr viele Randbedin­ gungen wie z. B. Gasdruck, die Temperatur der Sauer­ stoffsonde oder auch die Einflüsse auf das Meßergebnis, die aufgrund der unterschiedlichen Strömungsverhältnisse in einem Gasbrenner bzw. in dem Auspuffrohr einer Brenn­ kraftmaschine auftreten, zu berücksichtigen bzw. zu kon­ trollieren. Dies hat zur Folge, daß diese Untersuchungen an Sauerstoffsonden hochqualifiziertes Personal zur Bedie­ nung derartiger Anlagen und zur Auswertung der damit ge­ wonnen Meßergebnisse erfordern.

Ebenso ist es bei derartigen Untersuchungsmethoden unum­ gänglich, die zu überprüfende Sauerstoffsonde an den Ort des Meßgerätes zu bringen. Für schon im Kraftfahrzeug ein­ gebaute Sauerstoffsonden ist somit ein Ausbau und der Transport zur nächsten Diagnosestation erforderlich. Daraus resultiert nicht nur ein hoher Zeitaufwand, sondern auch ein hoher Kostenaufwand für den Fahrzeughalter. Des weiteren können beim Ausbau der Sauerstoffsonde aus dem Abgasrohr durch unsachgemäße Verwendung von Lösungsmitteln Ver­ giftungserscheinungen an der Sauerstoffsonde auftreten, welche eine Fehldiagnose im Labor zur Folge haben können.

Ferner ist aus der DE-OS 25 41 823 ein "Detektorsystem zum Fest­ stellen des Ausfalles eines Abgasfühlers bei einer Brennkraft­ maschine" bekannt. Dazu ist eine Teststeuerschaltungsanordnung vor­ gesehen, die auf wenigstens zwei vorbestimmte Maschinenbetriebs­ bedingungen anspricht, wie beispielsweise die Drehzahl der Maschine und die Temperatur der Maschine und diese Schaltungsanordnung er­ zeugt ein elektrisches Testfreigabesignal für die Steuerung, wenn das Detektorsystem arbeitet. Weiter ist eine Übergangsintervall-Anzeige­ vorrichtung offenbart, mit der das Intervall zwischen aufeinander­ folgenden Übergängen des Abgasfühlers auffaßbar ist. Im Fehlerfall wird dann ein Alarmsignal erzeugt, um den Ausfall des Abgasfühlers anzuzeigen, damit dieser ersetzt oder repariert werden kann.

Es hat sich nun gezeigt, daß auch dieses bekannte Detektorsystem nicht in allen Fällen ein zufriedenstellendes Ergebnis zu liefern vermag. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Diagnoseeinrich­ tung vorzuschlagen, mit der die Funktionsfähigkeit von Sauerstoff­ sonden sicher und zuverlässig erfaßbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Diagnoseeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Diagnoseeinrichtung zur Überprüfung der Funk­ tionsfähigkeit einer auf den Sauerstoffanteil eines Gasgemisches empfindlichen Sauerstoffsonde mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine präzise Überprüfung der Funktions­ fähigkeit der Sauerstoffsonde im eingebauten Zustand (am Fahrzeugmotor) möglich ist und somit die genannten Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Durch die Messung der charakteristischen Merkmale der Sauerstoffsondenausgangsgröße, nämlich der Schaltfre­ quenz und der Amplitude lassen sich die wesentlichen Funk­ tionsdaten der Sauerstoffsonde bestimmen, so daß der an­ schließende Vergleich mit in aufwendigen Labortests er­ mittelten fahrzeugspezifischen Grenzwerten eine genaue Bewertung der Funktionsfähigkeit der Sauerstoffsonde er­ laubt.

Weiterhin erweist sich als vorteilhaft, daß die Sauer­ stoffsondendiagnoseeinrichtung von der Bordspannung des be­ treffenden Kraftfahrzeuges versorgt werden kann und damit eine vom Labor bzw. der Werkstatt unabhängiger Einsatz gewährleistet ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, die Diagnoseeinrichtung komplett in das Steuergerät zu integrieren. Hierdurch ist eine ständige Überwachung der Funktions­ fähigkeit der Sauerstoffsonde möglich, so daß in einem Störfall der Kraftfahrzeuglenker sofort gewarnt bzw. das System auf Steuerung umgeschaltet werden kann.

Zeichnung

In den Fig. 1 bis 3 sind drei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist eine von verschiedenen Möglichkeiten angedeutet, die Sauerstoffsonden-Diagnoseeinrichtung 10 im Fahrzeug anzuschließen. Es ist vorgesehen, die Sauer­ stoffsonden-Diagnoseeinrichtung 10 über einen Adapter 11 an dem zum Steuergerät 12 führenden Systemkabelbaum 13 anzuschließen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden nur die Verbindungsleitungen 14 zur Sauerstoff­ sonde und die Verbindungsleitungen 15 zur Batterie benötigt. Nach Anschluß der Sauerstoffsonden-Diagnose­ einrichtung 10 ist somit eine Überprüfung der Schaltfre­ quenz bzw. der Periodendauer der Sauerstoffsonden- Ausgangsgröße möglich. Unter Verwendung von in Fig. 1 nicht dargestellten Spitzenwertspeichern ist auch eine sichere Erfassung der Sondenspannungsextremwerte gewähr­ leistet.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Der wiederum mit 10 gekennzeichneten Sauerstoffsonden-Diagnoseeinrichtung werden die Sauerstoffsonden-Ausgangsspannung 14 sowie die Batteriespannung 15 zugeführt. Ein Gleich­ spannungswandler 16, der die Batteriespannung 15 unab­ hängig von ihrer Höhe von 6,12 bzw. 24 Volt auf Werte in der Größenordnung von 5 Volt transformiert und somit eine von der Bordspannung unabhängige Versorgung ge­ währleistet, ist an die einzelnen Komponenten, nämlich Vorverstärker 17 mit hochohmigem Eingangswiderstand, Amplitudenmeßeinrichtung 18, Frequenz-Periodenmeßein­ richtung 19 sowie Hilfsspannungseinheit 20 angeschlossen. Die Ausgangsgröße 14 der Sauerstoffsonde gelangt zum Eingang des Vorverstärkers 17 sowie zur Hilfsspannungs­ einheit 20. Der Vorverstärker 17 ist mit einer an sich bekannten Amplitudenmeßeinrichtung 18, beispielsweise einem Digitalvoltmeter verbunden. Des weiteren gelangen die Ausgangssignale des Vorverstärkers 17 auf den Ein­ gang der ebenfalls bekannten Frequenz-Periodendauer­ meßeinheit 19. Die Hilfsspannungseinheit 20 beinhaltet einen Schalter 21, der drei Schaltstellungen aufweist. In Schaltstellung 1 ist der Regelkreis geschlossen, so daß das Steuergerät 12 eingangsseitig mit der Sauerstoff­ sonden-Ausgangsgröße beaufschlagt wird. In den Schaltstel­ lungen 2 bzw. 3 ist der Regelkreis dagegen unterbrochen und dem Steuergerät werden Eingangsgrößen zugeführt, die ein fettes Gemisch (Schalterstellung 2, hohe Spannung) bzw. mageres Gemisch (Schalterstellung 3, niedrige Spannung) simulieren.

In Schalterstellung 1, also bei geschlossenem Regelkreis, arbeitet eine funktionsfähige Sauerstoffsonde im Schalt­ betrieb zwischen fetter und magerer Spannung. Die Schalt­ frequenz bzw. die Periodendauer liegt dann zwischen fahr­ zeug- bzw. motorspezifischen Grenzwerten, so daß eine Bestimmung dieser Frequenz bzw. Periodendauer mit der Meßeinrichtung 19 eine Aussage über die dynamischen Eigen­ schaften der Sauerstoffsonde bei geschlossenem Regel­ kreis zuläßt. In den Schalterstellungen 2 und 3 ist der Regelkreis unterbrochen: Wird dem Steuergerät 12 bei­ spielsweise in Schalterstellung 2 fettes Gemisch signa­ lisiert, so beeinflußt das Steuergerät 12 das Kraft­ stoff-Luft-Gemisch in Richtung magerer Zusammensetzung. Dementsprechend muß das Ausgangssignal der Sauerstoff­ sonde in Schalterstellung 2 die für mageres Gemisch charakteristischen Werte aufweisen. Entsprechendes gilt für die Schalterstellung 3. Aus dieser Messung bei unterbrochenem Regelkreis lassen sich beispielsweise weitere Rückschlüsse auf den Grad einer eventuellen Schädigung der Sauerstoffsonde ziehen.

Dies setzt natürlich voraus, daß in Labormessungen die Toleranzen und Grenzwerte der jeweiligen Sauerstoffsonden fahrzeug- bzw. motorspezifisch festgelegt werden. Diese Daten können beispielsweise anhand von Tabellen zur Ver­ fügung gestellt werden, so daß der Vergleich der gemes­ senen Istwerte mit den tabellierten Grenzwerten sofort eine präzise Aussage über den Zustand der jeweiligen Sauerstoffsonde erlaubt.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Sauerstoffsonden-Diagnoseeinrichtung 10 dargestellt. Hier ist vorgesehen, das Steuergerät 12, die Sauerstoffsonden- Diagnoseeinrichtung 10 oder nur einige Einheiten der Sauerstoff­ sonden-Diagnoseeinrichtung 10 sowie einen Grenzwertspeicher 22 zu einer fest im Fahrzeug eingebauten Steuereinheit 23 zu integrieren. Die Steuereinheit 23 wird wie in Fig. 1, durch einen Kabelbaum 13 an die Batteriespannung 15 sowie die Sauerstoffsondenausgangsspannung 14 und an andere Eingangsgrößen angeschlossen. Die in der Steuereinheit 23 integrierte Diagnoseeinrichtung 10 mißt kontinuierlich oder in verschiedenen Zeitintervallen, die beispielsweise von der Kilometerleistung des Kraftfahrzeuges abhängen kön­ nen, die Amplitude über beispielsweise in der Amplituden­ meßeinrichtung 18 angeordnete Spitzenwertspeicher und die Schaltfrequenz bzw. Periodendauer der Ausgangsgröße der Sauerstoffsonde. Diese Meßwerte werden verglichen mit den im Grenzwertspeicher 22 fest abgelegten Grenzwerten, die natürlich von Fahrzeug zu Fahrzeug bzw. von Modell zu Modell verschieden sein können. Das Ergebnis dieses Ver­ gleichs, sei es die Funktionstüchtigkeit bzw. die Funk­ tionsuntüchtigkeit der Sauerstoffsonde, kann über eine Informationseinheit 24 in das Wageninnere optisch und/oder akustisch übertragen werden. Des weiteren ist es ebenso möglich, im Falle des Erkennens der Funktionsuntüchtigkeit der Sauerstoffsonde Eingriffe am Steuergerät 12 vorzu­ nehmen, beispielsweise in der Richtung, daß die Regel­ zeitkonstante verändert wird. Dadurch ist es in gewis­ sen Grenzen möglich, trotz einer nicht ganz intakten Sauerstoffsonde ein akzeptables Verhalten der Brenn­ kraftmaschine zu gewährleisten.

Es ist ebenfalls möglich, zur Frequenz- bzw. Amplituden­ bestimmung nicht unmittelbar die Ausgangsgröße der Sauer­ stoffsonde, sondern eine hierzu äquivalente Größe, bei­ spielsweise das integrierte Sauerstoffsonden-Ausgangs­ signal, welches im Steuergerät 12 vorliegt, zu verwenden. In diesem Fall kann die Sauerstoffsonden-Diagnoseeinrichtung 10 unmittelbar am Steuergerät 12 angeschlossen werden.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß mit der erfindungsgemäßen Einrich­ tung eine schnelle, un­ problematische, kostengünstige und vor allem sichere Diagnosemöglichkeit geschaffen wurde, ein Fehlverhalten der Sauerstoffsonde festzustellen.

Claims (9)

1. Diagnoseeinrichtung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer auf den Sauerstoffanteil eines Gasgemisches empfindlichen, in der Ansaugluft- bzw. Abgasleitung einer Brennkraftmaschine angebrachten Sauerstoffsonde, die mit einem Steuergerät im Kraftfahrzeug ver­ bunden ist, wobei die Diagnoseeinrichtung (10) mit einer Ampli­ tuden- (18) und Frequenz- oder Periodendauermeßeinheit (19) ausge­ stattet ist, mittelbar oder unmittelbar die Ausgangsgröße der einge­ bauten Sauerstoffsonde erfaßt, und die Amplitudenbestimmung der Sauerstoffsonden-Ausgangsgröße im Steuerbetrieb bei von der Sonde abgekoppeltem Steuergerät (12) durchgeführt und dem Steuergerät (12) mittels einer Hilfsspannung fettes bzw. mageres Gemisch simuliert wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie an einen zum Steuergerät (12) führenden Fahrzeug-Kabelbaum (13) ange­ schlossen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einer Steuereinheit (23) integriert ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß fahr­ zeug- bzw. motorspezifische Grenzwerte in einem Grenzwert-Speicher (22) in der Steuereinheit (23) abgelegt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Resultate des Vergleichs der Werte der Sauerstoffsondenausgangsgröße mit den Grenzwerten über optische und/oder akustische Einheiten (24) in den Fahrzeuginnenraum gemeldet werden.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für in ihrer Funktion beeinträchtigte Sauerstoffsonden Eingriffe in den aus Steuergerät (12), Brennkraftmaschine und Sauer­ stoffsonde bestehenden Regelkreis vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sauerstoff­ sonde kontinuierlich erfolgt.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Sauerstoff­ sonde in Zeitintervallen erfolgt.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Amplitudenmeßeinheit (18) Spitzenwertspeicher beinhaltet.